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光固化技術(shù)的類別及應(yīng)用領(lǐng)域

分類:技術(shù)文檔     來源:    發(fā)布時間:2022-09-30

一、光固化技術(shù)的簡介


UV固化(即紫外光固化,通常稱為光固化技術(shù)),是以高強度UV燈為輻射源,利用紫外光的中、短波(300-800nm),輻照添加有光引發(fā)劑的液體配方,光引發(fā)劑吸收UV光量子引發(fā)化學(xué)反應(yīng),瞬時將液體樹脂配方轉(zhuǎn)變成固體薄膜。


光固化技術(shù)是一種高效、環(huán)保、節(jié)能、優(yōu)質(zhì)的材料表面處理技術(shù),是一種能有效控制空氣污染,特別是揮發(fā)性有機物(VOC)排放的新型固化技術(shù)。


國際上將光固化技術(shù)歸納為具有“5E”特性, less-Energy consumptive(能耗低);Ecological(生態(tài)平衡);Economic(經(jīng)濟效率高);Excellent finishing(產(chǎn)品性能優(yōu)異);Easy operation(設(shè)備容易操作)。


二、固化技術(shù)的類別


光固化技術(shù)屬于輻射固化技術(shù)中的一種,另一種是電子(EB)加速器輻射固化。所謂EB固化,即通過加速器產(chǎn)生的高速電子的作用,使樹脂體系快速固化。


它不需要外加光引發(fā)劑產(chǎn)生自由基,而是直接作用于活性樹脂;通常在幾個毫秒內(nèi)完成固化過程。固化反應(yīng)涉及熱化慢電子、自由基陽離子和激發(fā)態(tài)的反應(yīng)。


EB固化技術(shù)相比UV技術(shù)具有許多獨特的優(yōu)點,如快速、節(jié)能,比UV技術(shù)節(jié)能60%;不發(fā)熱,印刷,層壓板,薄膜不會產(chǎn)生收縮和畸變,可加工熱敏材料;設(shè)計緊湊,比傳統(tǒng)的熱固化節(jié)省90%的空間;對于已存在的生產(chǎn)線易于更新;應(yīng)用廣泛,可用于裝飾、硅酮剝離涂層及無溶劑粘合劑;自由基在薄膜內(nèi)隨機生成,可獲得均勻固化膜;容易操作,便于起動和停止;易于發(fā)展新產(chǎn)品;EB設(shè)備可以設(shè)計成適合于任何滾筒尺寸。


但是EB固化技術(shù)也存在許多缺點:由于電子槍成本高,而且適合于年加工達幾百萬平方米產(chǎn)品;EB固化需要氮氣(UV固化95%的配方在空氣中進行),從而增加了運行費用;EB 固化僅適合于平面的涂層固化,因而固化產(chǎn)品的幾何形狀受到限制。


因此,到目前為止,EB固化的應(yīng)用仍然十分局限且緩慢。


三、光固化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域


光固體技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛,主要包括環(huán)保涂料、紡織印染、3D打印、牙齒美容及修復(fù)。


(1)環(huán)保涂料。近年來,我國環(huán)保意識正在逐漸增強,發(fā)展環(huán)保型涂料已成為涂料行業(yè)的大趨勢。


傳統(tǒng)溶劑型涂料中含有大量揮發(fā)性有機物(VOC),在生產(chǎn)和使用過程中,這些有機溶劑會揮發(fā)進入大氣中,對大氣造成污染,給人類健康帶來危害。


而光固化涂料是新型環(huán)保產(chǎn)品,屬于低VOC系列。UV 固化涂料是利用紫外光的能量激發(fā)涂料中的引發(fā)劑產(chǎn)生活性碎片,從而引發(fā)涂料中低聚物及單體分子之間的聚合交聯(lián)反應(yīng),得到硬化漆膜,實質(zhì)上是通過形成化學(xué)鍵實現(xiàn)化學(xué)干燥的一種涂料。


(2)紡織印染。光固化技術(shù)在紡織領(lǐng)域中主要應(yīng)用于涂層整理和涂料印花織物表層加工領(lǐng)域。光固化涂層整理是將紫外光聚合體系引入到功能整理劑中, 制備光固化整理液,織物經(jīng)表面涂覆或浸軋后,在紫外光輻照下, 其中的聚合組分發(fā)生交聯(lián)固化, 將功能物質(zhì)粘附于織物表面, 以獲得持久性的整理效果。


(3)3D打印。如今 3D 打印存在的問題是速度不快,費時且耗材,而光固化3D打印技術(shù)能夠有效解決這些問題。光固化3D打印技術(shù)是一種以數(shù)字模型為基礎(chǔ),以液態(tài)光敏樹脂為材料,在打印時發(fā)出特殊頻率的鐳射光線,逐層對打印耗材進行固化,進而大幅提升打印物品的精細度,具備成型速度快等的特點,有望成為現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展趨勢。


圖片2.png

圖1 光固化3D打印成品


(4)牙齒美容及修復(fù)。光固化復(fù)合樹脂具有不易磨損、粘性較強、色澤自然、臨床操作簡便等優(yōu)點,目前廣泛應(yīng)用于前牙美容及牙齒缺損修復(fù)等。光固化復(fù)合樹脂是超微填料型復(fù)合材料,修復(fù)前牙缺損時具有經(jīng)濟、操作方便、無需經(jīng)過多磨牙等優(yōu)點,其自然色澤相對較穩(wěn)定,不僅能恢復(fù)咀嚼功能,亦能滿足美容要求。有研究表明,光固化復(fù)合樹脂對扭轉(zhuǎn)牙、間隙過大牙齒的修復(fù)操作一次成形,不受年齡限制,患者更易接受,是目前較為理想的牙體修復(fù)材料。


四、廣東省發(fā)展光固化技術(shù)的戰(zhàn)略機遇


廣東省高度重視光固化技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用。在政策支持方面,在《2017年度廣東省科技發(fā)展專項資金項目(第三批)申報指南》中的多個專題中提到要“面向高速UV平板印刷固化的大功率模組開發(fā)”、“重點支持面向工業(yè)級UV紫外光固化等應(yīng)用領(lǐng)域的大功率紫外LED外延芯片研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用;用于大功率、高亮度、高可靠性等特殊場合固化模組應(yīng)用技術(shù)?!?017年1月,廣東東莞市印發(fā)《關(guān)于加強我市重點揮發(fā)性有機物行業(yè)環(huán)保準(zhǔn)入的通知》,在涂料、油墨等使用過程中明確提到“鼓勵企業(yè)使用符合環(huán)保要求的紫外光固化等低VOCs含量的涂料,限制使用溶劑型涂料”、“印刷過程推廣使用紫外光固化油墨(UV油墨)等”。2017年5月,廣東省人民政府辦公廳印發(fā)的《珠江西岸六市一區(qū)創(chuàng)建“中國制造2025”試點示范城市群實施方案》中提到“重點發(fā)展光固化成型等工業(yè)用增材制造設(shè)備及關(guān)鍵核心部件”。在應(yīng)用教材方面,2017年8月,廣東省出版《光固化木器涂料與涂裝工》培訓(xùn)教材,填補了我國光固化領(lǐng)域木器涂料涂裝工培訓(xùn)無標(biāo)準(zhǔn)、無培訓(xùn)教材的空白,是目前國內(nèi)第一本系統(tǒng)介紹UV光固化木器涂料涂裝的教材,對促進廣東省光固化技術(shù)的應(yīng)用起到了良好的作用。在產(chǎn)品研發(fā)方面,廣東省珠海西通電子有限公司在國內(nèi)發(fā)布首款桌面光固化3D打印機,該款桌面式光固化打印機的激光系統(tǒng)及整體結(jié)構(gòu)全部自主研發(fā),關(guān)鍵性能達到國際先進水平,使用成本僅為國內(nèi)外同類產(chǎn)品的五分之一。


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